Stromdichte

Ermitteln der Stromdichten der Platine von EFP-001 zwecks Überprüfung der Betriebssicherheit

Fallbeispiel aus der Projektentwicklung

Die unten stehenden Werte für die Leiterbahnbreite und die Länge des Leiterstückes AB wurden mit Hilfe des Programms ermittelt mit dem die Leiterplatte erstellt wurde. Der Widerstand des Leiterstücks wurde mit Hilfe einer Strom- und Spannungsmessung bei einem Messstrom von I = 300mA über diese Leiterbahn gemessen. Der gemessene Spannungsabfall zwischen den Punkten A und B ist U = 2,7mV.
Der Widerstand des Leiterstücks wurde im Kapitel   P-EFP01-ohmg   mit RAB = 9mΩ berechnet.
Die
Printplatte

Angaben:

Die Platine besteht aus kupferkaschierten Epoxydharz.

Die Dicke der Kupferkaschierung ist d = 35μm.

Die Leiterbahnbreiten  sind   b1 = 1,25mm und b2 = 0,75mm
Was ist
zu tun		 Aufgabe:

Wie groß sind die maximalen Stromdichten in den Leiterstücken?
Bild:
Printplatte
EFP-001
Ansicht
Kupferseite

Die
angegeben
Werte
der
Aufgabe
werden
von
den
Lernenden
selbst
ermittelt

Im Bild rechts oben ist die Leiterplatte vom Modul EFP-001  abgebildet.

Im Bild rechts unten ist der Schaltplan dieses Moduls zu sehen.

Es ist der Widerstand dieses
Leiterbahn-Teilstückes mittels der
Strom -, Spannungsmethode zu bestimmen.

Der Spannungsabfall UAB an diesem Leiterstück wurde beim Nennstrom
INenn = 300 mA gemessen.

Die Messung ergab einen Spannungswert
von UAB = 68 mV

Link zur Messung   →     ,

 

Mit diesen ermittelten Werten für Spannung und Widerstand, kann in Folge die Dicke der Kupferkaschierung berechnet werden.

Link zur Messung   →     ,

 

Der spezifische Widerstand und der spezifische Leitwert des verwendeten Kupfers für die Kaschierung soll ebenfalls ermittelt werden.

Link zur Messung   →     ,

 

Wichtig zur Dimensionierung der Leiterbahnbreite ist die Nennstromdichte und die maximale Stromdichte.

Link zur Messung   →     ,

 

Weiteres ist die Erwärmung einer Leiterbahn bei der maximalen Stromdichte zu ermitteln.

Link zur Messung   →     ,

 

In dem abgebildeten Leiterstück AB fließt der Nennstrom IN = 0,5A. Wie groß ist die Nennstromdichte JN im Leiterstück AB?
JN

 

Wird der Referenzspannungsausgang PIN 7 des Regelnetzteils gegen Masse kurzgeschlossen, fließt durch das Leiterstück CD der Kurzschlussstrom IK = 630mA. Wie groß ist die Kurzschlussstromdichte JK im Leiterstück CD?
JK

 

Im Leiterstück EF kann im Fehlerfall (Schluss eines Bauteils) bis zum Ansprechen der Sicherung ein maximaler Strom von Imax = 4,3A fließen. Wie groß ist diese maximal auftretende Stromdichte Jmax?
JMAX

 

 

Ergebnis:  Die ermittelten Stromdichten sind laut Herstellerangaben des Basismaterials der Printplatte im Bereich des Zulässigen. Für die Leiterbahn EF mit der maximalen Stromdichte von ca. J = 100A/mm2 wurde aus Sicherheitsgründen die Temperatur der Leiterbahn im thermisch eingeschwungenen Zustand ermittelt.  Auf Seite P_EFP01_wmlt.htm wurde die Temperaturänderung über die Widerstandsänderung ermittelt. Kalt- und Warmwiderstand  wurden durch eine Strom- Spannungsmessung ermittelt.